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减缩剂对混凝土开裂的抑制作用

信息来源:hunningtu.biz  时间:2009-04-27  浏览次数:190

  [摘要]通过对混凝土的裂缝成因及混凝土减缩剂(SRA)的功能成分分析,对SRA抑制混凝土裂缝出现的机理进行讨论,结合实验结果,分析SRA对混凝土裂缝形成的抑制效果,从微观角度验证了SRA对混凝土收缩的抑制机理,结果表明:掺入适量SRA能较大程度地改善混凝土的收缩情况,主要机理是SRA改善混凝土中骨料与水泥石的结合,所含的膨胀组分补偿混凝土的收缩。
  0 引言
  目前普通住宅建设中存在许多质量问题,其中较为常见的就是混凝土材料的渗漏问题,如何提高混凝土的抗裂性和耐久性是混凝土工程技术中的一项重大课题,从材料组成、控制方面而言,影响混凝土早期开裂的因素很多,包括水灰比、水泥品种、用量、矿物掺合料、养护条件、外加剂等,混凝土减缩剂(ShrinkageReducingAdmixture,SRA)是一类应用于混凝土工程的新型外加剂,通过掺入SRA可以在一定程度避免出现混凝土裂缝,从而降低了普通住宅质量通病的发生概率,在建筑工程应用中具有重要的意义。
  1 混凝土产生裂缝的主要原因
  混凝土作为使用最为广泛的建筑材料。是以水泥作为胶凝材料、砂石骨料作为支撑结构形成的复合体,由于其组成相对复杂,成分性质存在较大差异,混凝土性能易受组成材料影响而导致质量问题。
  目前从材料学角度对混凝土裂缝成因的研究主要集中在以下几个方面:
  (1)水泥石的水化引起的化学收缩;
  (2)混凝土内毛细孔失水而引起的干缩和自身收缩;
  (3)混凝土养护不当引起表面失水导致塑性收缩;
  (4)混凝土碳化产生的体积收缩。
  2 SRA的有效成分及其作用分析
  针对混凝土裂缝的产生原因,科技工作者开发了SRA用以减轻甚至消除混凝土的收缩,减缩剂20世纪80年代初发明,90年代初在我国开始试用。
  SRA主要包含以下成分:表面活性、减水、保塑、膨胀(补偿收缩)、引气等功能成分,如文献[9]就采用了以下成分:2-丁氧基乙醇,乙/丙烯基氧化物,硫铝酸盐膨胀剂,Might100高效减水剂等,而文献[10]则采用国产甲醚基聚合物与乙二醇系聚合物按一定比例复合并改性用以配制SRA。
  SRA中表面活性成分有效地提高混凝土固体原料表面与水的结合,从而避免出现较大程度的缺陷;减水成份可以使混凝土拌合物在保持和易性情况下,通过降低单位用水量,有效地降低混凝土内多余自由水存在,降低了宏观大孔等缺陷的出现,进而增大混凝土密实度;保塑成分的作用主要是在一定时间内保持混凝土拌合物中的水分含量,避免出现较大的混凝土坍落度损失,从而为水泥水化保证足够的水分,维持水化反应的正常进行及膨胀组份水化的需求;膨胀组份的主要作用则是针对混凝土的收缩采用体积补偿的方法使得混凝土避免产生较大的应力,进而避免产生裂缝;引气成分可以使混凝土内部形成小的封闭气泡,改善和易性,避免混凝土出现大的裂缝。
  本文采用南京某公司的HLC-I型阻渗抗裂剂对混凝土的性能影响进行研究,结果显示该产品较好地满足了实际工程的需求。
  3 实验
  3.1 试验材料
  (1)水泥:海螺P.O42.5水泥,主要化学组成如表1所示,主要性能指标如表2所示;
  (2)砂:标准砂;
  (3)石子:石灰石,碎石,Ф5—20mm;
  (4)外加剂:HLC-I型防渗抗裂剂,南京某公司。
  3.2 试验方法
  水泥净浆试件成型参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验办法》中的有关规定进行。
  混凝土试件成型、养护、强度和收缩试验测定方法分别参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》、GBJ82-85《普通混凝土收缩性能试验方法》中的有关规定进行。
  混凝土配合比如表3所示。
  水泥净浆试样养护至标准龄期,破型后选取合适小块试样浸泡在丙酮溶液中密闭保存,作为XRD试验所需样品。
  混凝土强度试验完毕,选取小块试样浸泡在丙酮溶液中密闭保存,作为SEM/EDAX试验所需样品。
  3.3 试验结果和讨论
  3.3.1 混凝土强度
  试验数值如表4所示。
  由于在试验设计中对混凝土的水灰比并未进行调整,混凝土强度的发展并未出现根本性的变化,但由于外加剂中的减水组份有效改善了内部孔隙分布情况,以及膨胀组份在早期形成了较多的钙矾石(AFt)改善了混凝土内部结构,故其强度随着SRA的掺量增加有一定程度的提高。
  3.3.2 混凝土收缩
  收缩试验测定的长度变化数值如图1所示。
  对于基准混凝土而言,在水养过程中(1—14d)混凝土都能保持本身体积不变甚至略有膨胀,而在后期干养条件下出现了明显的收缩,这说明养护湿度的维持对混凝土收缩有着根本性的影响,而干养过程中混凝土收缩最大的时间集中在14—28d之间(收缩值达到了5.36×10-6m),而28d以后混凝土收缩趋于稳定,同时,随着混凝土抗拉强度和弹性模量的提高,混凝土自身抵御收缩的能力也不断提高,因此对于特别重要的混凝土结构、易产生渗漏部位,建议延长混凝土的保湿养护时间至28d,这对于实际工程应用具有重要的意义。
  与基准混凝土相比,加入HLC型外加剂的混凝土膨胀率发展较为稳定,后期落差小,究其原因可发现,由于膨胀组份水化形成大量钙矾石,形成的较大体积的膨胀使得混凝土的收缩得到了较大程度的补偿,如图2—图4所示。
  4 结论
  (1)在混凝土中采用HLC一I型外加剂能有效地降低裂缝的出现概率。
  (2)SRA改善混凝土收缩性能的主要机理是提高了骨料和水泥砂浆的结合,降低多余水分在混凝土中的存在。
  (3)利用膨胀组份生成的钙矾石产生的体积膨胀补偿了混凝土的体积收缩微膨胀效应,来抵抗混凝土的收缩、温度变化等因素产生的约束力,从而起到防止裂缝的目的。  [摘要]通过对混凝土的裂缝成因及混凝土减缩剂(SRA)的功能成分分析,对SRA抑制混凝土裂缝出现的机理进行讨论,结合实验结果,分析SRA对混凝土裂缝形成的抑制效果,从微观角度验证了SRA对混凝土收缩的抑制机理,结果表明:掺入适量SRA能较大程度地改善混凝土的收缩情况,主要机理是SRA改善混凝土中骨料与水泥石的结合,所含的膨胀组分补偿混凝土的收缩。
  0 引言
  目前普通住宅建设中存在许多质量问题,其中较为常见的就是混凝土材料的渗漏问题,如何提高混凝土的抗裂性和耐久性是混凝土工程技术中的一项重大课题,从材料组成、控制方面而言,影响混凝土早期开裂的因素很多,包括水灰比、水泥品种、用量、矿物掺合料、养护条件、外加剂等,混凝土减缩剂(ShrinkageReducingAdmixture,SRA)是一类应用于混凝土工程的新型外加剂,通过掺入SRA可以在一定程度避免出现混凝土裂缝,从而降低了普通住宅质量通病的发生概率,在建筑工程应用中具有重要的意义。
  1 混凝土产生裂缝的主要原因
  混凝土作为使用最为广泛的建筑材料。是以水泥作为胶凝材料、砂石骨料作为支撑结构形成的复合体,由于其组成相对复杂,成分性质存在较大差异,混凝土性能易受组成材料影响而导致质量问题。
  目前从材料学角度对混凝土裂缝成因的研究主要集中在以下几个方面:
  (1)水泥石的水化引起的化学收缩;
  (2)混凝土内毛细孔失水而引起的干缩和自身收缩;
  (3)混凝土养护不当引起表面失水导致塑性收缩;
  (4)混凝土碳化产生的体积收缩。
  2 SRA的有效成分及其作用分析
  针对混凝土裂缝的产生原因,科技工作者开发了SRA用以减轻甚至消除混凝土的收缩,减缩剂20世纪80年代初发明,90年代初在我国开始试用。
  SRA主要包含以下成分:表面活性、减水、保塑、膨胀(补偿收缩)、引气等功能成分,如文献[9]就采用了以下成分:2-丁氧基乙醇,乙/丙烯基氧化物,硫铝酸盐膨胀剂,Might100高效减水剂等,而文献[10]则采用国产甲醚基聚合物与乙二醇系聚合物按一定比例复合并改性用以配制SRA。
  SRA中表面活性成分有效地提高混凝土固体原料表面与水的结合,从而避免出现较大程度的缺陷;减水成份可以使混凝土拌合物在保持和易性情况下,通过降低单位用水量,有效地降低混凝土内多余自由水存在,降低了宏观大孔等缺陷的出现,进而增大混凝土密实度;保塑成分的作用主要是在一定时间内保持混凝土拌合物中的水分含量,避免出现较大的混凝土坍落度损失,从而为水泥水化保证足够的水分,维持水化反应的正常进行及膨胀组份水化的需求;膨胀组份的主要作用则是针对混凝土的收缩采用体积补偿的方法使得混凝土避免产生较大的应力,进而避免产生裂缝;引气成分可以使混凝土内部形成小的封闭气泡,改善和易性,避免混凝土出现大的裂缝。
  本文采用南京某公司的HLC-I型阻渗抗裂剂对混凝土的性能影响进行研究,结果显示该产品较好地满足了实际工程的需求。
  3 实验
  3.1 试验材料
  (1)水泥:海螺P.O42.5水泥,主要化学组成如表1所示,主要性能指标如表2所示;
  (2)砂:标准砂;
  (3)石子:石灰石,碎石,Ф5—20mm;
  (4)外加剂:HLC-I型防渗抗裂剂,南京某公司。
  3.2 试验方法
  水泥净浆试件成型参照GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验办法》中的有关规定进行。
  混凝土试件成型、养护、强度和收缩试验测定方法分别参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》、GBJ82-85《普通混凝土收缩性能试验方法》中的有关规定进行。
  混凝土配合比如表3所示。
  水泥净浆试样养护至标准龄期,破型后选取合适小块试样浸泡在丙酮溶液中密闭保存,作为XRD试验所需样品。
  混凝土强度试验完毕,选取小块试样浸泡在丙酮溶液中密闭保存,作为SEM/EDAX试验所需样品。
  3.3 试验结果和讨论
  3.3.1 混凝土强度
  试验数值如表4所示。
  由于在试验设计中对混凝土的水灰比并未进行调整,混凝土强度的发展并未出现根本性的变化,但由于外加剂中的减水组份有效改善了内部孔隙分布情况,以及膨胀组份在早期形成了较多的钙矾石(AFt)改善了混凝土内部结构,故其强度随着SRA的掺量增加有一定程度的提高。
  3.3.2 混凝土收缩
  收缩试验测定的长度变化数值如图1所示。
  对于基准混凝土而言,在水养过程中(1—14d)混凝土都能保持本身体积不变甚至略有膨胀,而在后期干养条件下出现了明显的收缩,这说明养护湿度的维持对混凝土收缩有着根本性的影响,而干养过程中混凝土收缩最大的时间集中在14—28d之间(收缩值达到了5.36×10-6m),而28d以后混凝土收缩趋于稳定,同时,随着混凝土抗拉强度和弹性模量的提高,混凝土自身抵御收缩的能力也不断提高,因此对于特别重要的混凝土结构、易产生渗漏部位,建议延长混凝土的保湿养护时间至28d,这对于实际工程应用具有重要的意义。
  与基准混凝土相比,加入HLC型外加剂的混凝土膨胀率发展较为稳定,后期落差小,究其原因可发现,由于膨胀组份水化形成大量钙矾石,形成的较大体积的膨胀使得混凝土的收缩得到了较大程度的补偿,如图2—图4所示。
  4 结论
  (1)在混凝土中采用HLC一I型外加剂能有效地降低裂缝的出现概率。
  (2)SRA改善混凝土收缩性能的主要机理是提高了骨料和水泥砂浆的结合,降低多余水分在混凝土中的存在。
  (3)利用膨胀组份生成的钙矾石产生的体积膨胀补偿了混凝土的体积收缩微膨胀效应,来抵抗混凝土的收缩、温度变化等因素产生的约束力,从而起到防止裂缝的目的。

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